CN109184578A - 一种高能底喷嘴减压提速pdc钻头 - Google Patents

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朱海燕
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Abstract

本发明公开了一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，它包括钻头体（1）和牙轮（2），所述钻头体（1）内开设有流体腔体（3），钻头体（1）的底部设置有冠部（4），所述冠部（4）的底表面上且位于其中心处固设有锥形钻头（5），所述冠部（4）的底表面上且沿钻头体（1）的圆周方向固设有多个主刀翼（6），相邻两个主刀翼（6）之间固设有副刀翼（7），所述主刀翼（6）上且沿其长度方向固设有多个PDC切削齿（8），主刀翼（6）上还固设有牙轮（2），牙轮（2）包括固设于主刀翼（6）顶表面上的锥形体（10）。本发明的有益效果是：结构紧凑、提高破岩效率、延长PDC切削齿使用寿命、制造成本低。

Description

一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头
技术领域
本发明涉及PDC钻头结构的技术领域，特别是一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头。
背景技术
PDC钻头及金刚石钻头在石油及地质钻井中应用越来越广泛，在硬地层中能取得好的使用效果和良好的经济效益，受到石油界和地质界的广泛重视。常规PDC钻头和金刚石钻头的设计以平衡设计为原则，以深锥和双锥等冠部形状作为被动防斜技术，应用到设计之中，起到一定的定心作用和稳斜作用。
目前PDC 钻头主要由钻头体（胎体）、PDC切削齿、喷嘴、保径材料和连接体等组成，依靠PDC切削齿切削地层以实现钻进，所述喷嘴是钻头内腔与外部的水力通道，喷嘴主要作用是清洗井底，将碎屑带离井底，防止钻头泥包，减少重复切削，提高破岩效率，另外在一定钻井参数下还有水力破岩作用。工作时，高速转动的钻头体带动PDC切削齿高速转动，PDC切削齿切削硬地层，同时从喷嘴喷出的流体将碎屑从井道排出。
然而在切削硬地层过程中，由于岩石过硬且尺寸大，造成PDC切削齿破损，长期使用还会造成 PDC切削齿疲劳损坏，缩短了钻头的使用寿命，而PDC切削齿损坏后，又需要重新更换新的钻头，严重降低了破岩效率。此外，PDC切削齿在破岩时，坚固的岩石被钻碎后，产生大量的颗粒状碎屑，碎屑大量沉积于井底，流体难以将碎屑从井道排出，排屑效率慢，进一步的降低了破岩效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、提高破岩效率、延长PDC切削齿使用寿命、制造成本低的高能底喷嘴减压提速PDC钻头。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，它包括钻头体和牙轮，所述钻头体内开设有流体腔体，钻头体的底部设置有冠部，所述冠部的底表面上且位于其中心处固设有锥形钻头，所述冠部的底表面上且沿钻头体的圆周方向固设有多个主刀翼，相邻两个主刀翼之间固设有副刀翼，所述主刀翼上且沿其长度方向固设有多个PDC切削齿，主刀翼上还固设有牙轮，牙轮包括固设于主刀翼顶表面上的锥形体，锥形体的外表面上且从小端面到大端面之间顺次固设有一圈镶齿、盘形齿和铣齿，所述镶齿、盘形齿和铣齿的出露高度均大于PDC切削齿的出露高度，所述冠部的底表面上开设有多个底喷嘴，每个底喷嘴均与流体腔体连通，每个底喷嘴均倾斜设置，底喷嘴的出水方向与PDC切削齿的切削方向相反，所述钻头体的柱面上开设有一个与钻头体轴线呈夹角设置的侧喷嘴，侧喷嘴的出水方向与底喷嘴的出水方向相反，侧喷嘴的孔径小于底喷嘴的孔径。
所述副刀翼固设于冠部底表面上，且副刀翼与主刀翼焊接于一体。
所述主刀翼均匀分布于冠部上。
所述冠部上至少包括三个主刀翼。
所述的底喷嘴以锥形钻头为圆心均匀开设于冠部上。
所述牙轮的截面为三角形、半圆形、梯形或楔形。
本发明具有以下优点：本发明结构紧凑、提高破岩效率、延长PDC切削齿使用寿命、制造成本低。
附图说明
图1 为本发明的半剖视图；
图2 为图1的仰视图；
图3 为牙轮的截面示意图；
图中，1-钻头体，2-牙轮，3-流体腔体，4-冠部，5-锥形钻头，6-主刀翼，7-副刀翼，8-PDC切削齿， 10-锥形体，11-镶齿，12-盘形齿，13-铣齿，14-底喷嘴，15-侧喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1~3所示，一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，它包括钻头体1和牙轮2，所述钻头体1内开设有流体腔体3，钻头体1的底部设置有冠部4，所述冠部4的底表面上且位于其中心处固设有锥形钻头5，所述冠部4的底表面上且沿钻头体1的圆周方向固设有多个主刀翼6，本实施例中所述主刀翼6均匀分布于冠部4上，冠部4上至少包括三个主刀翼6，相邻两个主刀翼6之间固设有副刀翼7，所述主刀翼6上且沿其长度方向固设有多个PDC切削齿8。
所述主刀翼6上还固设有牙轮2，本实施例中所述牙轮2的截面为三角形、半圆形、梯形或楔形，牙轮2包括固设于主刀翼6顶表面上的锥形体10，锥形体10的外表面上且从小端面到大端面之间顺次固设有一圈镶齿11、盘形齿12和铣齿13，所述镶齿11、盘形齿12和铣齿13的出露高度均大于PDC切削齿8的出露高度，所述冠部4的底表面上开设有多个底喷嘴14，每个底喷嘴14均与流体腔体3连通，每个底喷嘴14均倾斜设置，底喷嘴14的出水方向与PDC切削齿8的切削方向相反，所述钻头体1的柱面上开设有一个与钻头体1轴线呈夹角设置的侧喷嘴15，侧喷嘴15的出水方向与底喷嘴14的出水方向相反，侧喷嘴15的孔径小于底喷嘴14的孔径。
所述副刀翼7固设于冠部4底表面上，且副刀翼7与主刀翼6焊接于一体，所述的底喷嘴14以锥形钻头5为圆心均匀开设于冠部4上。
本发明的工作过程如下：
工作前，将钻头体1上端部的锥形螺纹头与钻杆的内螺纹连接，以安装整个PDC钻头；工作时，下放钻杆并使其高速转动，钻杆带动PDC钻头高速转动，PDC钻头吃入到硬地层中，锥形钻头5将大岩石进行初步破碎，破碎后铣齿13、盘形齿12和镶齿11对岩石进一步破碎，最后由PDC切削齿8进行破碎，最终得到碎屑，因此PDC切削齿8不会直接进行破碎坚硬的大尺寸岩石，很好的保护了PDC切削齿，保证了PDC切削齿能够长期工作，进一步的提高了破岩效率。
在钻进过程中，工人在地面上操作高压泵，通过高压泵向流体腔体3中泵入高压流体，其中一部分高压流体从底喷嘴14中喷射出，由于底喷嘴14的出水方向与PDC切削齿8的切削方向相反，形成了转矩，即射出的流体给予了PDC钻头一定的动力，提高了钻头的钻速，进一步的提高了破岩效率。而另一部分高压流体从侧喷嘴15喷射出，喷射出的流体在钻头体1周围附近形成低压旋涡，同时PDC钻头的旋转也会更加增大此效果，从而在钻头体1的底部和侧面附近形成一定的压差，使得井底碎屑在此压差下不端被抽出井底，并随流体返回地面，从而加快了碎屑的排出，避免了碎屑大量沉积于井底，进一步的提高了破岩效率。

Claims (6)

1.一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，其特征在于：它包括钻头体（1）和牙轮（2），所述钻头体（1）内开设有流体腔体（3），钻头体（1）的底部设置有冠部（4），所述冠部（4）的底表面上且位于其中心处固设有锥形钻头（5），所述冠部（4）的底表面上且沿钻头体（1）的圆周方向固设有多个主刀翼（6），相邻两个主刀翼（6）之间固设有副刀翼（7），所述主刀翼（6）上且沿其长度方向固设有多个PDC切削齿（8），主刀翼（6）上还固设有牙轮（2），牙轮（2）包括固设于主刀翼（6）顶表面上的锥形体（10），锥形体（10）的外表面上且从小端面到大端面之间顺次固设有一圈镶齿（11）、盘形齿（12）和铣齿（13），所述镶齿（11）、盘形齿（12）和铣齿（13）的出露高度均大于PDC切削齿（8）的出露高度，所述冠部（4）的底表面上开设有多个底喷嘴（14），每个底喷嘴（14）均与流体腔体（3）连通，每个底喷嘴（14）均倾斜设置，底喷嘴（14）的出水方向与PDC切削齿（8）的切削方向相反，所述钻头体（1）的柱面上开设有一个与钻头体（1）轴线呈夹角设置的侧喷嘴（15），侧喷嘴（15）的出水方向与底喷嘴（14）的出水方向相反，侧喷嘴（15）的孔径小于底喷嘴（14）的孔径。
2.根据权利要求1所述的一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，其特征在于：所述副刀翼（7）固设于冠部（4）底表面上，且副刀翼（7）与主刀翼（6）焊接于一体。
3.根据权利要求1所述的一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，其特征在于：所述主刀翼（6）均匀分布于冠部（4）上。
4.根据权利要求1所述的一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，其特征在于：所述冠部（4）上至少包括三个主刀翼（6）。
5.根据权利要求1所述的一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，其特征在于：所述的底喷嘴（14）以锥形钻头（5）为圆心均匀开设于冠部（4）上。
6.根据权利要求1所述的一种高能底喷嘴减压提速PDC钻头，其特征在于：所述牙轮（2）的截面为三角形、半圆形、梯形或楔形。
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